廣西西南地區巨尾桉與紅椎混交造林試驗研究

張 培，龐圣江，楊保國，劉士玲，賈宏炎,2*，段潤梅,陳健波,郭東強

(1.中國林業科學研究院 熱帶林業實驗中心，廣西 憑祥 532600；2.廣西友誼關森林生態系統國家定位觀測研究站，廣西 憑祥 532600；3.廣西林業科學研究院，廣西 南寧 530001)

桉樹(Eucalyptusspp.)為桃金娘科(Myrtaceae)桉屬(Eucalyptus)喬木樹種，具有速生、經營周期短以及投資收益快等巨大優勢，已成為我國南亞熱帶地區重要的速生造林樹種[1-2]。截止目前，隨著桉樹種植業發展的規模化，造林面積已逾450萬hm2[3]，極大地促進了當地就業和經濟發展水平。然而，人們更多關注的是桉樹種植帶來的經濟收益，由于長期忽視人工純林的造林模式、多代連栽以及不科學經營措施，造成林地生產力降低、土壤質量差以及生物多樣性銳減等諸多問題的出現而引起各界廣泛關注[4-6]，嚴重影響著我國的木材生產和生態環境安全。桉樹混交林能夠促進林分生長和改善林地環境，M.Bristowetal[7]研究認為，桉樹與金合歡樹(Acaciaperegrina)適宜地混交造林，樹種的種間協調、生態互補性更強，有利于提高林木生長和林分穩定性。F.M.Santosetal[8]研究發現，桉樹與馬占相思(Acaciamangium)混交不僅增加林地凋落物，也明顯提高了林地土壤肥力。陳國彪[9]研究也表明，桉樹與灰木蓮(Manglietiaglauca)混交造林有效地促進桉樹生長和改善土壤狀況。可見，營建桉樹混交林有利于兼顧生態功能與經濟效益，是未來桉樹種植業可持續經營的發展趨勢。

巨尾桉(E.grandis×E.urophylla)是桉樹雜交選育的優良樹種，因其生長迅速、干形通直和適應性強，在廣西丘陵山區種植極為廣泛[10-12]。紅椎(Castanopsishystrix)為優良鄉土珍貴用材樹種，生態適應性廣，幼齡期耐蔭蔽的環境，人工林群落內具有較強的自然更新能力[13]。巨尾桉適宜的混交種植模式，不僅能改變單一林種結構，有利于桉樹人工林生態和經濟功能的發揮，也是實現桉樹用材林質量提升與林地可持續經營關鍵所在。因此，本研究以短輪伐期生產巨尾桉中小徑材，中長輪伐期培育紅椎選大徑材為目標，開展巨尾桉與紅椎混交造林試驗，從林木種間關系、生長狀況和土壤養分等方面，探討巨尾桉與紅椎混交的可行性以及合理經營模式，為巨尾桉混交造林及其混交樹種的篩選提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究地設在廣西友誼關森林生態系統國家定位觀測研究站熱林中心站點白云林區(22°02-22°03′N,106°51′-106°42′E)，氣候屬南亞熱帶海洋性季風氣候帶，干濕季分明，雨季集中于4-10月，年均氣溫21.5℃，年均降雨量1 500 mm；海拔178～240 m，坡度12°～18°，坡向南、西南方向；土壤類型為赤紅壤土，土層厚度>1 m。林下植被主要有西南木荷(Schimawallichii)、烏桕(Triadicacochinchinensis)、銀柴(Aporosadioica)、杜莖山(Maesajaponica)、算盤子(Glochidioneriocarpum)、粗葉榕(Ficushirta)、大青(Clerodendrumcyrtophyllum)、蔓生莠竹(Microstegiumfasciculatum)、五節芒(Miscanthusfloridulus)、弓果黍(Cyrtococcumpatens)、淡竹葉(Lophatherumgracile)、半邊旗(Pterissemipinnata)、華南毛蕨(Cyclosorusparasiticus)、金毛狗(Cibotiumbarometz)和山菅蘭(Dianellaensifolia)等。

根據營林生產資料顯示，試驗地前茬為馬尾松采伐跡地，林地清理采伐剩余物后，不煉山塊狀整地挖穴。2009年3月初，本試驗開始新造林，在種植帶內挖明坑種植穴，規格為50 cm×50 cm×30 cm，帶內株行距為2 m×3 m，每個種植穴不施基肥，巨尾桉用3個月優良無性系組培苗，紅椎用1年生實生苗造林。采用巨尾桉純林的種植模式，林分密度為1 650株·hm-2；巨尾桉與紅椎按2∶1行狀混交造林時，巨尾桉為1 100株·hm-2，紅椎為550株·hm-2。造林后2 a內，結合割灌除草方式，每次追施桉樹專用肥0.5 kg·株-1，總共4次撫育施肥。2019年10月以來試驗地的基本信息見表1。

表1 巨尾桉人工林樣地的基本信息Table 1 Basic information of Eucalyptus grandis×E.urophylla plantation sample plots

1.2 調查取樣

2019年10-12月，采用標準樣地調查法，在每種造林模式的林分上坡、中坡和坡下，各設置面積為20 m×30 m的重復樣地3個，共調查18塊樣地。調查指標主要包括各樹種樹高、胸徑、冠幅等，并計算其平均胸徑、樹高、單株材積和林分蓄積量等。廣西區巨尾桉[14]和紅椎[15]立木材積公式：

V巨尾桉=0.628 76×10-4D1.821 621H0.964 36

(1)

V紅椎=0.527 64×10-4D1.882 16H1.009 31

(2)

式中，V表示蓄積量/m3，D為胸徑，H為樹高；林分蓄積量等于每株平均木蓄積量×單位面積保留株數。

在每個樣地內采用均勻布點的方法，在樣地上、中、下位置選取3個土壤取樣點，采集0～20、20～40、40～60 cm土層土壤均勻混合，取1.00 kg土壤樣品裝密自封袋編號，帶回實驗室風干，用于測定土壤pH值、土壤速效N、速效P、速效K和全N、全P、全K等養分含量。土壤樣品分析過程中，采用酸度計測定土壤pH值，速效N用堿解擴散法測定，速效P用HCI-H2SO4浸提-鉬銻抗比色法測定，速效K用CH3COONH4浸提-火焰光度計法測定，全N采用濃H2SO4-HClO4消化法-自動凱氏定氮儀(KDY-9830，KETUO)測定，全P采用NaOH熔融-鉬銻抗比色-紫外分光光度法測定，全K采用NaOH熔融-火焰光度計法測定[16]。樣品需重復測定3次，結果取平均值。

表2 不同混交模式的巨尾桉人工林林木生長狀況Table 2 Growth of tree species in E.grandis×E.urophylla plantation with different afforestation models

1.3 數據分析

采用Excel 2010進行調查數據處理，使用SPSS19.0軟件對巨尾桉生長和土壤養分數據進行單因素(One-way ANOVA)方差分析，并用最小顯著性差異法 (least-significant difference，LSD)對有顯著差異的數據進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 樹種混交對林木生長的影響

從表1可以看出，巨尾桉×紅椎混交林中巨尾桉的平均胸徑、樹高、枝下高、冠幅和單株材積生長分別達到17.08 cm、16.24 m、10.43 m、3.83 m和0.142 7 m3，比巨尾桉純林提高7.62%、5.59%、18.39%、25.98%和14.53%。通過方差分析和多重比較發現，2種林分中巨尾桉胸徑、枝下高和冠幅和單株材積生長存在顯著差異(P<0.05)，但樹高生長無顯著差異(P>0.05)。混交林中紅椎的生長狀況良好，其平均胸徑和樹高年均生長量為1.16 cm和1.36 m，基本達到紅椎在當地栽培生長量(通常胸徑和樹高年均生長量分別約為1.0 cm和1.5 m)的水平[17]。

由此可見，巨尾桉與紅椎混交造林，形成巨尾桉處于林冠層上方，紅椎處于林冠層下方的復層林分結構，紅椎幼齡期較耐蔭，處于上層的巨尾桉樹冠可為其提供適宜的遮蔭環境，使得紅椎生長不因混交而受到較大的影響。混交林分生產力較高，蓄積量達到126.44 m3·hm-2，比較接近巨尾桉純林(129.84 m3·hm-2)。

2.2 樹種混交對土壤養分的影響

由表3可知，巨尾桉×紅椎混交林相同土層土壤pH值顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)。與巨尾桉純林相比，混交林土壤pH值增幅最大的是中層土壤(20～40 cm)，為0.63；其次是上層土壤(0～20 cm)，為0.59；最小的是下層土壤(40～60 cm)，為0.30。方差分析表明，巨尾桉純林上層土壤和中層土壤差異不顯著，與下層土壤差異顯著，巨尾桉×紅椎混交林不同土層間差異不顯著。

表3 不同混交模式的巨尾桉林地土壤養分特征Table 3 Soil nutrient characteristics of in E.grandis×E.urophylla plantation with different afforestation models

巨尾桉×紅椎混交林相同土層土壤速效N、速效P和速效K含量均大于巨尾桉純林。其中，混交林上層土壤速效N、速效P和速效K含量分別比巨尾桉純林增加16.31、0.43 mg·kg-1和16.65 mg·kg-1，中層土壤分別比巨尾桉純林增加12.45、0.42 mg·kg-1和3.68 mg·kg-1；下層土壤分別比巨尾桉純林增加14.17、0.35mg·kg-1和1.78mg·kg-1。方差分析顯示，混交林上層和中層土壤速效N和速效P含量均顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，但二者在下層差異不顯著；混交林上層土壤速效K含量顯著高于巨尾桉純林，二者在中層和下層間的差別不明顯。

巨尾桉×紅椎混交林相同土層土壤全N、全P和全K含量均大于巨尾桉純林。其中，混交林上層土壤全N、全P和全K含量分別比巨尾桉純林增加0.34、0.06 g·kg-1和0.17 g·kg-1，中層土壤分別比巨尾桉純林增加0.08、0.02 g·kg-1和0.10 g·kg-1；下層土壤分別比巨尾桉純林增加0.16、0.03 g·kg-1和0.11 g·kg-1。方差分析顯示，混交林上層土壤全N、全P和全K含量均顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，二者在中層與下層差異均不顯著。

2.3 樹種混交的林木種間關系

根據混交林9個樣地的每木調查數據，按2.0 cm徑階統計巨尾桉和紅椎的活立木徑階分布狀況，結果表明，混交林巨尾桉活立木徑階范圍為8.0～24.0 cm，紅椎活立木徑階分布范圍為2.0～14.0 cm。其中，混交林巨尾桉活立木徑階主要集中在14.0～20.0 cm，約占該樹種79.80%；紅椎主要分布于6～12.0 cm，約占85.63%。從圖1可以看出，混交林中巨尾桉與紅椎的活立木徑階尚處于比較接近正態分布。說明10年生時，巨尾桉和紅椎的種間關系比較協調，特別是紅椎生長基本尚未受到巨尾桉較大影響。然而，由于該林分已完全郁閉，混交林中巨尾桉和紅椎的胸徑小于各自平均胸徑比例，分別達到57.88%和52.42%。通常情況下，混交林分中各樹種的胸徑小于林分平均胸徑超過40%，說明林木種間競爭逐漸加劇，群落結構形成不穩定的趨勢[18]。因此，應根據林分生長狀況、郁閉度和被壓木情況，及時疏伐改善林分結構和調整種間關系，以期充分揮發混交林的生態和經濟效益。

圖1 混交林徑階分布Fig.1 Distribution of diameter scale of mixed forest

3 結論與討論

巨尾桉×紅椎混交林中巨尾桉胸徑、枝下高、冠幅和單株材積生長均顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，但樹高生長差異性不顯著。巨尾桉與紅椎混交造林，能促進紅椎生長，是巨尾桉理想的混交樹種。

從林分總蓄積量來看，巨尾桉×紅椎混交林的林分總蓄積量為126.44 m3·hm-2，比較接近巨尾桉純林(129.84 m3·hm-2)，說明巨尾桉與紅椎混交造林，仍具有較高的林地生產力，有利于短期收獲巨尾桉中小徑材，中長期培育高價值的紅椎大徑材。

巨尾桉×紅椎混交林土壤pH值，速效N、速效K、全N、全P和全K含量大多數高于巨尾桉純林，說明巨尾桉×紅椎混交林有利于提高林地土壤肥力。

10年生時，混交林的種間關系協調，紅椎生長尚未受到巨尾桉較大影響，但混交林中巨尾桉、紅椎的胸徑小于其各自平均胸徑的立木比例分別占57.88%和52.42%，林分結構存在不穩定的趨勢。

本研究顯示，巨尾桉×紅椎混交林巨尾桉的平均胸徑、枝下高和冠幅以及單株材積生長顯著高于巨尾桉純林(P<0.05)，說明巨尾桉與紅椎混交造林時，前者屬于速生樹種，處于林冠上層，且同一樹種密度降低，使其在資源獲取方面有著巨大優勢，更有利于巨尾桉生長，這與巨尾桉×大葉櫟(Castanopsisfissa)[19]、巨尾桉×灰木蓮以及巨尾桉×香梓楠(Micheliagioii)[20]混交造林時，有利于促進桉樹生長的研究結果基本一致。本研究亦發現，2種林分間巨尾桉樹高生長差異不顯著，原因可能與該研究區域巨尾桉樹高生長既受立地的影響，也與樹種生長特性密切有關[21]。混交林中紅椎胸徑與樹高年均生長量，與在當地栽培生長量差異不大[17]，這與營造混交林有利于促進紅椎生長的研究結果一致[22]。可見，巨尾桉與紅椎混交造林，形成了巨尾桉-紅椎復層混交林分結構，紅椎幼齡期相對耐蔭，巨尾桉樹冠恰好為其提供適當的遮蔭條件，是巨尾桉理想的混交樹種。

盡管混交林巨尾桉的配植比例減少，其蓄積量有所下降；但從林分總蓄積量來看，巨尾桉×紅椎混交林的林分總蓄積量為126.44 m3·hm-2，比較接近巨尾桉純林(129.84 m3·hm-2)，說明巨尾桉與紅椎混交造林，仍具有較高的林地生產力，有利于短期收獲巨尾桉中小徑材，中長期培育高價值的紅椎大徑材。

研究還發現，巨尾桉純林的種植模式在一定程度上可造成林地土壤的酸化，巨尾桉與紅椎混交造林有助于減緩土壤酸化，這與桉樹純林土壤酸性強[23]，桉樹×紅椿(Toonaciliata)和桉樹×臺灣榿木(Alnusformosana)混交造林有效減緩土壤酸化[24]的研究結論相似，這可能是巨尾桉與紅椎混交造林時，有效降低了巨尾桉次生代謝產物-酚酸類物質含量[25]，其造成土壤酸化的主要原因。巨尾桉×紅椎混交林相同土層的土壤養分含量均大于巨尾桉純林，說明混交林具有良好的土壤養分循環機制。在植物-土壤養分循環過程中，造林樹種與土壤養分含量關系極為密切，巨尾桉純林枯落物相對較少，且分解緩慢，不利于土壤養分積累；巨尾桉×紅椎混交林不僅能夠協調種間關系、增強生態互補性，還有利于提高林地土壤肥力。

林木徑級分布是林分結構穩定性、衡量林分質量和判斷撫育間伐的一個重要特征[26]。研究發現，混交林巨尾桉立木徑階主要集中在14.0～20.0 cm，紅椎主要分布于6.0～12.0 cm，二者尚處于比較接近正態分布。可見，該混交林的種間關系還比較和諧，巨尾桉對紅椎生長的影響相對較小。然而，混交林巨尾桉和紅椎的胸徑小于各自平均胸徑比例，均已超過50%，混交樹種胸徑小于林分平均胸徑超過40%，林木種間競爭逐漸加劇，不利于群落結構的穩定性。因此，建議適時開展撫育間伐，改善混交林分結構和調整種間關系，才能有利于巨尾桉用材林質量的精準提升，實現桉樹種植業的健康、高效發展。